● 摘要
甲板机械臂在海事行业有着广泛的应用，但是使用操作摇杆的传统作业方式，因其效率低、通用性差、安全性低等缺点，越来越无法满足应用要求。为了上述解决问题，本文设计了一种甲板机械臂的通用力觉操作器，这种新型的操作器设备针对海事作业的特殊环境具有灵活通用、高效安全的特点。
本文首先分析项目设计需求，以文献调研为基础，提出本项目的技术特点、设计准则和量化的设计指标。然后，根据指标的要求，设计一种6自由度串联连杆构型的力觉操作器。在结构设计上充分考虑了海事操作工况，使其具有工作空间大、力反馈能力强、无传动间隙、结构上静平衡、操作安全方便、通用性好的特点。其次是分析此操作器的性能指标。根据DH法建立操作器的正、反向运动学和静力学模型，研究操作器的工作空间特性和改进方向、运动学反解唯一性、空间奇异性优化等问题。最后，通过标定实验进一步验证并提高性能指标。根据MDH法和微分运动学建立操作器的运动学参数误差模型和算法，然后设计标定实验和分析采样数据，验证了操作器的位置精度，分析标定系统自身的不足和误差并提出改进方向；在力反馈性能标定实验中，实现了单方向反馈力/力矩标定，完成各关节驱动电机的转矩常数的标定，最终提高了操作器的反馈力/力矩的精度，使其满足了设计需求。
最后，本文成功地设计了一种甲板机械臂的通用力觉操作器，并结合整个设计过程，总结了设计经验和教训以及展望了项目的后续发展。